第1章静电场 第2节库仑定律PPT讲稿.ppt

第1章静电场 第2节库仑定律第1页，共55页，编辑于2022年，星期一学学习习目目标标：1.明明确确点点电电荷荷是是个个理理想想模模型型，知知道道带带电电体简化为点电荷的条件，感悟理想模型体简化为点电荷的条件，感悟理想模型.2理理解解库库仑仑定定律律的的内内容容及及公公式式，知知道道库库仑仑定定律律的的适用条件适用条件.3运用库仑定律并结合力学规律求解有关问题运用库仑定律并结合力学规律求解有关问题.4通通过过静静电电力力与与万万有有引引力力的的对对比比，体体会会自自然然规规律律的多样性和统一性的多样性和统一性.课标定位课标定位第2页，共55页，编辑于2022年，星期一重重点点难难点点：库库仑仑定定律律的的内内容容及及公公式式的的理理解解和和灵灵活活应用应用.易易错错问问题题：库库仑仑定定律律仅仅适适用用于于真真空空中中两两个个点点电电荷荷间间静静电电力力的的计计算算，对对于于不不能能看看作作点点电电荷荷的的带带电电体体，不不能能直接应用库仑定律计算静电力直接应用库仑定律计算静电力.第3页，共55页，编辑于2022年，星期一一、演示实验探究一、演示实验探究实验表明，电荷之间的作用力随实验表明，电荷之间的作用力随的的增增大大而增大，随而增大，随的增大而减小的增大而减小.说说明明：该该实实验验采采用用了了控控制制变变量量法法探探究究力力与与电电量量、距离之间的关系距离之间的关系.电荷量电荷量距离距离第4页，共55页，编辑于2022年，星期一二、库仑定律二、库仑定律1真真空空中中两两个个静静止止点点电电荷荷之之间间的的相相互互作作用用力力与与它它们电荷量的们电荷量的 成正比，与它们的距离的成正比，与它们的距离的 成成反比，作用力的方向在它们的反比，作用力的方向在它们的 上上.2电荷之间的相互作用力叫做静电力或电荷之间的相互作用力叫做静电力或.乘积乘积二次方二次方连线连线库仑力库仑力第5页，共55页，编辑于2022年，星期一3当当带带电电体体间间的的距距离离比比它它们们自自身身的的大大小小大大的的多多，以至于以至于带电带电体的体的 、及及 对对它它们们之之间间相相互互作作用用力力的的影影响响可可以以忽忽略略时时，这这样样的的带带电电体体就就可可以以看看作作带带电电的点，叫做的点，叫做 .类类似于力学中的似于力学中的，也也是是一一种种理理想想化化的的物理模型物理模型.形状形状大小大小电荷分布状况电荷分布状况点电荷点电荷质点质点第6页，共55页，编辑于2022年，星期一三、库仑的实验三、库仑的实验1库仑扭秤实验是通过悬丝扭转的库仑扭秤实验是通过悬丝扭转的比比较较静静电力电力F大小的大小的.实验结果发现静电力实验结果发现静电力F与距离与距离r的的 成成反比反比.2库库仑仑在在实实验验中中为为研研究究F与与q的的关关系系，采采用用的的是是两两个个 的金属带电小球互相接触后，它们的电量的金属带电小球互相接触后，它们的电量 的方法来改变电量的，实验发现的方法来改变电量的，实验发现F与与q1和和q2的的 成成正比正比.角度角度二次方二次方均分均分相同相同乘积乘积第7页，共55页，编辑于2022年，星期一3库仑库仑定律的公式定律的公式 ，式中，式中k叫做叫做，数，数值值是是k .库库仑仑定定律律的的公公式和万有引力公式相似，但式和万有引力公式相似，但库仑库仑力比万有引力要力比万有引力要强强的多的多.静电力常量静电力常量9.0109_Nm2/C2第8页，共55页，编辑于2022年，星期一一、对点电荷概念的理解一、对点电荷概念的理解1点点电电荷荷是是只只有有电电荷荷量量，没没有有大大小小、形形状状的的理理想想化模型，类似于力学中的质点，实际中并不存在化模型，类似于力学中的质点，实际中并不存在.第9页，共55页，编辑于2022年，星期一2当当带带电电体体之之间间的的距距离离远远远远大大于于自自身身的的大大小小时时，带带电电体体的的形形状状、大大小小及及电电荷荷分分布布情情况况对对相相互互作作用用力力的的影影响响可可以以忽忽略略不不计计，就就可可以以把把这这个个带带电电体体看看作作一一个个带带电电的的几几何何点点，即即看看成成点点电电荷荷，相相当当于于力力学学中中的的质质点点.举举例例说说明：明：第10页，共55页，编辑于2022年，星期一(1)均均匀匀带带电电球球体体，半半径径为为R.若若电电荷荷分分布布不不变变，研研究究rR的的任任何何点点的的电电场场分分布布时时，带带电电体体可可看看成成点点电电荷荷，与与电电荷荷量量集集中中在在球球心心的的点点等等效效；若若电电荷荷分分布布是是可可改改变变的的，在在附附近近放放另另一一个个电电荷荷时时，其其表表面面电电荷荷量量的的分分布布发发生生改改变变，就就不不能能看看作作点点电电荷荷；若若研研究究的的位位置置离离得得很很远远，rR，就可以把球看作点，就可以把球看作点电电荷荷.第11页，共55页，编辑于2022年，星期一(2)对对于于板板状状带带电电体体或或杆杆状状带带电电体体，在在研研究究它它和和位位于于附附近近的的其其他他带带电电体体间间的的相相互互作作用用时时，均均不不能能看看作作点点电电荷荷，只只有有当当研研究究的的位位置置到到带带电电体体的的距距离离远远远远大大于于带带电电体体的的线线度度时时，才能当作点，才能当作点电电荷荷处处理理.第12页，共55页，编辑于2022年，星期一不能将点电荷和元电荷相混淆不能将点电荷和元电荷相混淆.特别提醒特别提醒第13页，共55页，编辑于2022年，星期一二、库仑定律的正确理解和应用二、库仑定律的正确理解和应用1库库仑仑定定律律只只适适用用于于计计算算真真空空中中两两个个点点电电荷荷间间的的相相互互作作用用力力；空空气气中中两两点点电电荷荷间间的的相相互互作作用用力力也也可可以以近近似用库仑定律计算似用库仑定律计算.(1)有人根据有人根据 F推推 出出 当当 r0时时，F，从从数数学学角角度度分分析析似似乎乎正正确确，但但从从物物理理意意义义上上分分析析，这这种种看看法法是是错错误误的的，因因为为当当r0时时，两两带带电电体体已已不不能能看看作作点点电电荷荷，库库仑仑定定律律及及其其公公式式也也就就不不再再适适用用，不不能能成立了成立了.第14页，共55页，编辑于2022年，星期一(2)两两个个导导体体球球，球球心心之之间间的的距距离离为为r，由由于于电电荷荷间间力力的的作作用用，电电荷荷在在导导体体球球上上的的分分布布如如图图121所所示示，两球两球带带同种同种电电荷荷时时F .图图121第15页，共55页，编辑于2022年，星期一2应应用用库库仑仑定定律律公公式式计计算算库库仑仑力力时时不不必必将将表表示示电电荷荷性性质质的的正正、负负号号代代入入公公式式中中，只只将将其其电电荷荷量量的的绝绝对对值值代代入入公公式式中中算算出出力力的的大大小小，力力的的方方向向根根据据同同种种电电荷荷相相互互排斥，异种排斥，异种电电荷相互吸引的原荷相互吸引的原则则另行判断另行判断.3各各物物理理量量要要统统一一用用国国际际单单位位，只只有有采采用用国国际际单单位位时时，k的的值值才是才是9.0109Nm2/C2.第16页，共55页，编辑于2022年，星期一4库库仑仑力力具具有有力力的的一一切切性性质质，可可以以与与其其他他力力合合成成、分分解解，可可以以与与其其他他力力平平衡衡，可可以以产产生生加加速速度度，遵遵从从牛牛顿顿第第三三定定律律，两两点点电电荷荷间间的的库库仑仑力力是是一一对对相相互互作作用用力力，大大小相等，方向相反小相等，方向相反.第17页，共55页，编辑于2022年，星期一三、库仑定律与万有引力定律的比较三、库仑定律与万有引力定律的比较万有引力定律万有引力定律库仑定律库仑定律不同点不同点只有引力只有引力既有引力又有斥力既有引力又有斥力天体天体间间表表现现明明显显微微观带电观带电粒子粒子间间表表现现明明显显都是场力都是场力万有引力万有引力场场电场电场公式公式条件条件两两质质点之点之间间真空中两点真空中两点电电荷之荷之间间第18页，共55页，编辑于2022年，星期一通通过过对对比比我我们们发发现现，大大自自然然尽尽管管是是多多种种多多样样的的，但但也也有有规规律律可可循循，具具有有统统一一的的一一面面.规规律律的的表表达达那那么么简简捷捷，揭揭示示了了自自然然界界中中深深奥奥的的道道理理，这这就就是是自自然然界界的的和和谐谐之美、简约之美之美、简约之美.特别提醒特别提醒第19页，共55页，编辑于2022年，星期一 如如图图122所所示示，两两个个半半径径均均为为r的的金金属属球球放放在在绝绝缘缘支支架架上上，两两球球面面最最近近距距离离为为r，带带等等量量异异种种电电荷荷，电电荷荷量量为为Q，两球之两球之间间的静的静电电力符合下列力符合下列选项选项中的中的()图图122例例1类型一类型一库仑定律的适用条件库仑定律的适用条件第20页，共55页，编辑于2022年，星期一【思思路路点点拨拨】思思考考两两个个带带电电球球能能否否简简化化成成点点电电荷，不能简化成点电荷就不符合库仑定律的适用条件荷，不能简化成点电荷就不符合库仑定律的适用条件.第21页，共55页，编辑于2022年，星期一第22页，共55页，编辑于2022年，星期一【答案】【答案】B【题题后后反反思思】带带电电体体能能否否简简化化为为点点电电荷荷，是是库库仑仑定定律律应应用用中中的的关关键键点点.定定律律的的另另一一个个条条件件是是“真真空空”中中，一般没有特殊说明的情况下，都可按真空来处理一般没有特殊说明的情况下，都可按真空来处理.第23页，共55页，编辑于2022年，星期一1例例1中中如如果果两两球球带带等等量量同同种种电电荷荷，两两球球间间静静电电力符合下列力符合下列选项选项中的哪一个中的哪一个()答案：答案：C变式拓展变式拓展变式拓展变式拓展第24页，共55页，编辑于2022年，星期一 (2010年年西西安安八八校校4月月高高三三模模拟拟考考试试)一一半半径径为为R的的绝绝缘缘球球壳壳上上均均匀匀地地带带有有电电荷荷量量为为Q的的电电荷荷，另另一一电电荷荷量量为为q的的点点电电荷荷放放在在球球心心O上上，由由于于对对称称性性，点点电电荷荷所所受受的的力力为为零零，现现在在球球壳壳上上挖挖去去半半径径为为r(rR)的的一一个个小小圆圆孔孔，则则 此此 时时 置置 于于 球球 心心 的的 点点 电电 荷荷 所所 受受 力力 的的 大大 小小 为为_(已知已知静静电电力常量力常量为为k)，方向，方向_.例例2类型二类型二库仑定律的应用库仑定律的应用第25页，共55页，编辑于2022年，星期一【解解析析】由由于于球球壳壳上上均均匀匀带带电电，原原来来每每条条直直径径两两端端相相等等的的一一小小块块圆圆面面上上的的电电荷荷对对球球心心q的的力力互互相相平平衡衡.现现在在球球壳壳上上A处处挖挖去去半半径径为为r的的小小圆圆孔孔后后，其其他他直直径径两两端端电电荷荷对对球球心心q的的力力仍仍互互相相平平衡衡，剩剩下下的的就就是是与与A相相对对的的B处处、半半径径也也等等于于r的的一一小小块块圆圆面面上上电电荷荷对对它它的的力力F，如图，如图123所示所示.图图123第26页，共55页，编辑于2022年，星期一第27页，共55页，编辑于2022年，星期一【答案】【答案】由球心指向小孔中心由球心指向小孔中心【思思维维总总结结】该该例例题题中中两两处处合合理理的的近近似似：(1)挖挖去去小小圆圆孔孔后后，认认为为不不改改变变电电荷荷在在球球壳壳上上的的分分布布；(2)把把B处圆面上的电荷看成点电荷处圆面上的电荷看成点电荷.第28页，共55页，编辑于2022年，星期一2有有三三个个完完全全相相同同的的金金属属小小球球A、B、C，A带带电电荷荷量量6Q，B带带电电荷荷量量3Q，C球球不不带带电电，今今将将A、B两两球球固固定定起起来来且且距距离离远远大大于于小小球球半半径径，然然后后让让C经经很很多多次次反反复复与与A、B接接触触，最最后后移移去去C球球，求求A、B间间的的相相互互作作用力用力变为变为原来的多少？原来的多少？变式拓展变式拓展变式拓展变式拓展第29页，共55页，编辑于2022年，星期一第30页，共55页，编辑于2022年，星期一 如如图图124所所示示，在在一一条条直直线线上上有有两两个个相相距距0.4 m的的点点电电荷荷A、B，A带带电电荷荷量量Q，B带带电电荷荷量量9Q.现现引引入入第第三三个个点点电电荷荷C，恰恰好好使使三三个个点点电电荷荷都都处处于于平平衡衡状状态态，问问：C应应带带什什么么性性质质的的电电？应应放放于于何何处处？所所带带电电荷荷量量为为多少？多少？图图124例例3类型三类型三带电体在库仑力作用下的平衡问题带电体在库仑力作用下的平衡问题第31页，共55页，编辑于2022年，星期一【思思路路点点拨拨】根根据据点点电电荷荷间间相相互互作作用用规规律律知知能能使使引引入入的的第第三三个个点点电电荷荷平平衡衡的的可可能能位位置置应应在在A、B连连线线的延长线上，且在的延长线上，且在A的左侧，然后列式计算的左侧，然后列式计算.第32页，共55页，编辑于2022年，星期一【解解析析】根根据据题题意意，三三个个点点电电荷荷中中每每个个点点电电荷荷都都在在库库仑仑力力的的作作用用下下处处于于平平衡衡状状态态，由由此此可可知知，三三个个点点电电荷荷应应位位于于同同一一条条直直线线上上，且且C应应带带负负电电放放在在A的的左左边边，如图如图125所示所示.图图125第33页，共55页，编辑于2022年，星期一第34页，共55页，编辑于2022年，星期一【答答案案】带带负负电电放放在在AB延延长长线线上上A点点的的左左侧侧0.2 m处处【思思维维总总结结】(1)处处理理此此类类题题的的基基本本思思路路是是对对三三个电荷中的任意两个列受力平衡方程个电荷中的任意两个列受力平衡方程.(2)使使同同一一直直线线上上三三个个电电荷荷平平衡衡放放置置的的规规律律可可总总结结如下：三电荷在同一直线上，两同夹一异，两大夹一小如下：三电荷在同一直线上，两同夹一异，两大夹一小.第35页，共55页，编辑于2022年，星期一3(2010年年天天津津模模拟拟)如如图图126所所示示，三三个个点点电电荷荷q1、q2、q3固固定定在在一一直直线线上上，q2与与q3的的距距离离为为q1与与q2距距离离的的2倍倍，每每个个电电荷荷所所受受静静电电力力的的合合力力均均为为零零，由由此此可以判定，三个可以判定，三个电电荷的荷的电电荷量之比荷量之比q1 q2 q3为为()A9 4 36 B9 4 36C3 2 6 D3 2 6图图126变式拓展变式拓展变式拓展变式拓展第36页，共55页，编辑于2022年，星期一解解析析：选选A.每每个个电电荷荷都都受受到到另另外外两两个个电电荷荷对对它它的的静静电电力力的的作作用用，其其合合力力为为零零，这这两两个个力力必必须须满满足足的的条条件件为为：大大小小相相等等，方方向向相相反反.由由分分析析可可知知：三三者者电电性性不不可可能相同，只能是如图所示两种情况能相同，只能是如图所示两种情况.第37页，共55页，编辑于2022年，星期一考虑考虑q2的平衡：的平衡：由由r12 r231 2据库仑定律得据库仑定律得q34q1.考虑考虑q1的平衡：由的平衡：由r12 r131 3同理得：同理得：q1 q2 q31 49 4 36考考虑虑电电性性后后应应为为9 4 36或或9 4 36.只只有有A正正确确.第38页，共55页，编辑于2022年，星期一如如图图127所所示示，带带电电小小球球A和和B放放在在光光滑滑绝绝缘缘水水平平面面上上，质质量量分分别别为为m12 g，m21 g；所所带带电电荷荷量量值值q1q2107 C，A带带正正电电，B带带负负电电，现现有有水水平平向向右右的的恒恒力力F作作用用于于A球球，可可使使A、B一一起起向向右右运运动动，且且保保持持间间距距d0.1 m不不变变，试问试问F多大？多大？图图127例例4类型四类型四库仑定律与牛顿定律的综合应用库仑定律与牛顿定律的综合应用第39页，共55页，编辑于2022年，星期一第40页，共55页，编辑于2022年，星期一【答案】【答案】2.7102 N【思思维维总总结结】用用牛牛顿顿第第二二定定律律处处理理带带电电体体的的运运动动时时，采采用用的的方方法法与与以以前前相相同同，只只是是在在受受力力分分析析时时多多了了一个库仑力一个库仑力.第41页，共55页，编辑于2022年，星期一4一一根根置置于于水水平平面面上上的的光光滑滑玻玻璃璃管管(绝绝缘缘体体)，内内部部有有两两个个完完全全一一样样的的弹弹性性金金属属球球A、B，带带电电荷荷量量分分别别为为9Q和和Q，从从图图128所所示示的的位位置置由由静静止止开开始始释释放放，问问两两球球再再经经过过图图中中位位置置时时，两两球球的的加加速速度度是是释释放放时时的的_倍倍.图图128变式拓展变式拓展变式拓展变式拓展第42页，共55页，编辑于2022年，星期一第43页，共55页，编辑于2022年，星期一1(2010年年南南安安一一中中高高二二检检测测)关关于于点点电电荷荷，下下列列说说法中正确的是法中正确的是()A体体积积小的小的带电带电体体B球形球形带电带电体体C带电带电少的少的带电带电体体D大小和形状大小和形状对对作用力影响可忽略的作用力影响可忽略的带电带电体体第44页，共55页，编辑于2022年，星期一解解析析：选选D.点点电电荷荷不不能能理理解解为为体体积积很很小小的的电电荷荷，也也不不能能理理解解为为电电荷荷量量很很少少的的电电荷荷.同同一一带带电电体体，有有时时可可以以作作为为点点电电荷荷，有有时时则则不不能能，如如要要研研究究它它与与离离它它较较近近的的电电荷荷间间的的作作用用力力时时，就就不不能能看看成成点点电电荷荷，而而研研究究它它与与离离它它很很远远的的电电荷荷间间的的作作用用力力时时，就就可可以以看看成成点点电电荷荷，因因此此，一个带电体能否看成点电荷，要视具体情况而定一个带电体能否看成点电荷，要视具体情况而定.第45页，共55页，编辑于2022年，星期一2(2010年年广广东东实实验验中中学学模模拟拟)如如图图129所所示示，两两个个带带电电球球，大大球球的的电电荷荷量量大大于于小小球球的的电电荷荷量量，可可以以肯肯定定()图图129第46页，共55页，编辑于2022年，星期一A两球都两球都带带正正电电B两球都两球都带负电带负电C大球受到的静大球受到的静电电力大于小球受到的静力大于小球受到的静电电力力D两球受到的静两球受到的静电电力大小相等力大小相等解解析析：选选D.由由题题图图可可知知，两两带带电电球球相相互互排排斥斥，则则说说明明两两球球一一定定带带有有同同种种电电荷荷，但但不不能能确确定定是是正正电电荷荷，还还是是负负电电荷荷，故故A、B错错；两两带带电电球球间间的的静静电电力力具具有有一一般般力的共性，符合牛顿第三定律，故选项力的共性，符合牛顿第三定律，故选项C错，错，D对对.第47页，共55页，编辑于2022年，星期一3对库仑对库仑定律，下面的定律，下面的说说法正确的是法正确的是()A凡凡计计算算真真空空中中两两个个点点电电荷荷间间的的相相互互作作用用力力，就就可以使用公式可以使用公式FB两两个个带带电电小小球球即即使使相相距距非非常常近近，也也能能用用库库仑仑定定律律计计算算库仑库仑力力C相相互互作作用用的的两两个个点点电电荷荷，不不论论它它们们的的电电荷荷量量是是否相同，它否相同，它们们之之间间的的库仑库仑力大小一定相等力大小一定相等D库库仑仑定定律律中中的的静静电电力力常常量量k只只是是一一个个比比例例常常数数，只有数只有数值值，没有，没有单单位位第48页，共55页，编辑于2022年，星期一解解析析：选选AC.库库仑仑定定律律只只适适用用于于真真空空中中两两个个点点电电荷荷间间相相互互作作用用力力的的计计算算，故故选选项项A正正确确；点点电电荷荷只只是是个个相相对对的的概概念念，只只有有当当带带电电体体的的线线度度远远比比两两电电荷荷间间的的距距离离小小时时，才才能能看看作作点点电电荷荷，即即两两个个带带电电小小球球相相距距很很远远时时能能够够看看作作点点电电荷荷，而而相相距距很很近近时时就就不不能能看看作作点点电电荷荷，因因而而库库仑仑定定律律也也不不再再适适用用，选选项项B错错误误；库库仑仑力力是是两两个个点点电电荷荷间间的的相相互互作作用用力力，是是作作用用力力与与反反作作用用力力的的关关系系，故故选选项项C正确；正确；第49页，共55页，编辑于2022年，星期一静静电电力力常常量量k是是一一个个比比例例系系数数，但但是是既既有有数数值值，又又有单位，其单位由有单位，其单位由 决定，即决定，即Nm2/C2，故选项，故选项D错误错误.第50页，共55页，编辑于2022年，星期一4(2009年年高高考考江江苏苏卷卷)两两个个分分别别带带有有电电荷荷量量Q和和3Q的的相相同同金金属属小小球球(均均可可视视为为点点电电荷荷)，固固定定在在相相距距为为r的的两两处处，它它们们间间库库仑仑力力的的大大小小为为F.两两小小球球相相互互接接触触后后将其固定距离将其固定距离变为变为 ，则则两球两球间库仑间库仑力的大小力的大小为为()第51页，共55页，编辑于2022年，星期一第52页，共55页，编辑于2022年，星期一5如如图图1210所所示示，一一条条长长为为3L的的绝绝缘缘丝丝线线穿穿过过两两个个质质量量都都是是m的的小小金金属属环环A和和B，将将丝丝线线的的两两端端共共同同系系于于天天花花板板上上的的O点点，使使金金属属环环带带电电后后，便便因因排排斥斥而而使使丝丝线线构构成成一一个个等等边边三三角角形形，此此时时两两环环恰恰处处于于同同一一水水平平线线上上，若若不不计计环环与与线线间间的的摩摩擦擦，求金属求金属环环所所带电带电量是多少？量是多少？图图1210第53页，共55页，编辑于2022年，星期一解解析析：小小球球A受受力力如如图图，受受四四个个力力，重重力力mg、库库仑力仑力F、丝线两个拉力、丝线两个拉力FT相等相等.则则FTsin60mgFTcos60FT解得解得q 答案：答案：均均为为 第54页，共55页，编辑于2022年，星期一第55页，共55页，编辑于2022年，星期一